JP7232960B1 - コイル部品、送電装置、受電装置、電力伝送システム、及び電力伝送方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電力伝送システムSは、送電装置1と、受電装置2とを備える。送電装置1は、コイル部品10と、高周波電流供給部1Aとを含む。送電装置1におけるコイル部品10は、送電コイルとして機能する。高周波電流供給部1Aは、送電コイルとしてのコイル部品10に高周波電流を供給する。
以下、コイル部品10について説明する。図2は、コイル部品10の斜視図である。図3は、コイル部品10の分解斜視図である。図4は、図2のIV-IV線に沿うコイル部品10の断面を俯瞰した斜視図である。図5は、図2のIV-IV線に沿うコイル部品10の断面図である。
第1平面コイル11は渦巻形状であり、導電材料から形成される。本実施の形態では、第1平面コイル11が銅から形成されるが、第1平面コイル11は導電材料であればよく、アルミニウムなどから形成されてもよい。また、第1平面コイル11は板状であり、図4及び図5に示すように、第1平面コイル11が渦巻形状に周回する方向に直交する方向での第1平面コイル11の断面形状は、矩形状である。
磁気シールド部材20は、磁気の透過及び/又は漏れ磁界の抑制のために設けられる。磁気シールド部材20は、第1平面コイル11、第2平面コイル12及び保持体30とは別体のシート状の部材である。磁気シールド部材20が、第1平面コイル11、第2平面コイル12及び保持体30と別体であるとは、磁気シールド部材20が、これら第1平面コイル11、第2平面コイル12及び保持体30に一体化されていないことを意味する。ただし、磁気シールド部材20と保持体30とが接着層などを介して接合されてもよい。磁気シールド部材20は、平面視で第1平面コイル11及び第2平面コイル12を包含する大きさに形成されている。磁気シールド部材20は、第1平面コイル11、第2平面コイル12及び保持体30と重なり、このうちの保持体30と直接的に接する。
図4及び図5に示すように、保持体30は、第1平面コイル11と第2平面コイル12とを一体的に保持する。そして、保持体30は、第1平面コイル11における第2平面コイル12と対面する面111A及び当該面111Aの反対の面111Bを覆い、且つ第1平面コイル11と第2平面コイル12との間の隙間を充填している。そして、保持体30は、第1平面コイル11と第2平面コイル12との間の隙間を充填することで第2平面コイル12における第1平面コイル11と対面する面121Bを覆う。
図2及び図3に示すように、第1接続端子51は、第1平面コイル11におけるターン部117の径方向の外方の端部に接続されている。第2接続端子52は、第2平面コイル12におけるターン部127の径方向の外方の端部に接続されている。第1接続端子51及び第2接続端子52は、例えば高周波電流供給部1A又は変換部2Aとの接続の際に用いられ得る。第1接続端子51とターン部117との接続及び第2接続端子52とターン部127との接続は、超音波接合で行われてもよい。ただし、その接続手法は限られず、例えば導電性接着剤による接続が採用されてもよい。
以下、本実施の形態にかかるコイル部品10において第1平面コイル11の厚さ及び第2平面コイル12の厚さに複数の値を設定することによって行ったQ値の算出シミュレーションについて説明する。シミュレーションは、ムラタソフトウェア株式会社製のFemtet(登録商標)で行った。
(1)上述の実施の形態におけるコイル部品10において第1平面コイル11の厚さ及び第2平面コイル12の厚さに複数の値を設定して、それぞれに対応するQ値を算出した。
(2)上述の実施の形態におけるコイル部品10において保持体30における壁部34を形成せずに、第1平面コイル11の厚さ及び第2平面コイル12の厚さに複数の値を設定して、それぞれに対応するQ値を算出した。
・供給する高周波電流は、40Aであり、周波数は、85KHzである。
・銅で形成される第1平面コイル11及び第2平面コイル12の電気伝導率は、6.45×107[S/m]である。
・磁気シールド部材20の比透磁率は、3000であり、保持体30の比透磁率は、5.0である。
・図2に示すIV-IV線の方向における第1平面コイル11の導電体11E及び第2平面コイル12の導電体12Eの幅は200mmであり、IV-IV線に直交する方向での第1平面コイル11の導電体11E及び第2平面コイル12の導電体12Eの幅は、200mmである。
また、表1の結果を検討すると、第2平面コイル12の厚さが0.2~0.3mmとなる条件の間においては、第1平面コイル11の厚さと無関係に、高いQ値(170~210程度)が得られている。ここで、第2平面コイル12の厚さを0.3mmから20%程度増加させた場合又は0.2mmから20%程度減少させた場合でも、シミュレーションの結果を考慮すると、望ましい性能が得られると推認される。具体的には、第2平面コイル12の厚さが0.15mmのときのQ値は160.4であり、高い値になっている。また、第2平面コイル12の厚さが過剰に小さくなると、Q値が低下することが見受けられる。このような低下傾向、製造や取り扱いの観点を考慮すると、第2平面コイル12の厚さは、0.15mm以上であることが好ましいと推認される。
(1)上述の実施の形態におけるコイル部品10において第1平面コイル11の厚さ及び第2平面コイル12の厚さに複数の値を設定して、それぞれに対応するQ値を算出した。
(2)上述の実施の形態におけるコイル部品10において保持体30における壁部34を形成せずに、第1平面コイル11の厚さ及び第2平面コイル12の厚さに複数の値を設定して、それぞれに対応するQ値を算出した。
ただし、本シミュレーションでは、図2に示すIV-IV線の方向における第1平面コイル11の導電体11E及び第2平面コイル12の導電体12Eの幅は470mmであり、IV-IV線に直交する方向での第1平面コイル11の導電体11E及び第2平面コイル12の導電体12Eの幅は、570mmである。そして、これ以外の具体的な条件は、上述のシミュレーションと同じである。
本実施の形態に係るコイル部品10は、上述したワイヤレス電力伝送システムSの送電装置1における送電コイルとして用いることができ、受電装置2における受電コイルとして用いることができる。
f:周波数、μr:コイルの透磁率、μ0:自由空間の透磁率、σ:コイルの導電率
また、第1平面コイル11の厚さを0.5mm、第3平面コイル201の厚さを0.50mm、第4平面コイル202の厚さを0.25mm、第2平面コイル12の厚さを0.25mmとしてQ値をシミュレーションしたところ、Q値は、202であった。
これらに対して、4つの全ての平面コイルの厚さを0.5mmとしてQ値をシミュレーションしたところ、Q値は、101であった。
1…送電装置
1A…高周波電流供給部
2…受電装置
2A…変換部
10…コイル部品
11…第1平面コイル
11n…ターン部
11E…導電体
12…第2平面コイル
12n…ターン部
12E…導電体
14…接続配線部
20…磁気シールド部材
30…保持体
31…第1層
32…第2層
33…第3層
34…壁部
C1…第1中心軸線
C2…第2中心軸線
Claims (20)
- 第1平面コイルと、
前記第1平面コイルと重ねられた第2平面コイルと、
前記第1平面コイルにおける前記第2平面コイルと対面する面の反対の面を覆う部分を含み、磁性を有する保持体と、
前記保持体の前記覆う部分における前記第1平面コイルと対面する面の反対の面と対面するように配置される磁気シールド部材と、
を備え、
前記第1平面コイルと前記第2平面コイルは、直列に接続され、
前記第2平面コイルの厚さは、0.15mm以上0.35mm以下である、コイル部品。 - 前記第1平面コイル及び前記第2平面コイルは、79KHz以上90KHz以下の交流電流を供給されるか、又は、79KHz以上90KHz以下の交流磁界を供給されるようになっている、請求項1に記載のコイル部品。
- 前記第1平面コイルの厚さは、0.1mm以上1.0mm以下である、請求項1に記載のコイル部品。
- 前記第1平面コイルと前記第2平面コイルは隙間を空けて重なり、
前記隙間は、0.5mm以上1.5mm以下である、請求項1に記載のコイル部品。 - 前記保持体は、前記第1平面コイルと前記第2平面コイルとが隙間を空けて重なる状態で前記第1平面コイルと前記第2平面コイルとを一体的に保持し、
前記保持体は、前記第1平面コイルの側面を覆う部分と、前記隙間を充填する部分とをさらに含む、請求項1に記載のコイル部品。 - 前記保持体は、樹脂と、前記樹脂に保持された磁性体粒子とを含む、請求項5に記載のコイル部品。
- 前記保持体の比透磁率は、5.0以上である、請求項5に記載のコイル部品。
- 前記保持体は、前記第2平面コイルから突出する壁部を含む、請求項5に記載のコイル部品。
- 前記磁気シールド部材は、プレート状のフェライトを含む、請求項1に記載のコイル部品。
- 前記磁気シールド部材の比透磁率は、500以上である、請求項1に記載のコイル部品。
- 前記第1平面コイル及び前記第2平面コイルはそれぞれ、それぞれの中心軸線に直交する方向に配列された複数のターン部を含み、
前記第1平面コイルの前記複数のターン部のいずれかと、前記第2平面コイルの前記複数のターン部のいずれかとは、前記第1平面コイルの軸方向で部分的に重なり、前記第1平面コイルの軸方向で重なる前記第1平面コイルのターン部の一部と前記第2平面コイルのターン部の一部とは、互いに平行に延びる、請求項1に記載のコイル部品。 - 前記第1平面コイルの材質と前記第2平面コイルの材質は、同じである、請求項1に記載のコイル部品。
- 前記第1平面コイルのターン数及び前記第2平面コイルのターン数は、4以上12以下である、請求項1に記載のコイル部品。
- 前記第1平面コイル及び前記第2平面コイルは、一辺が800mmの正方形に収まるサイズである、請求項1に記載のコイル部品。
- 前記第1平面コイルと前記第2平面コイルとの間に配置される偶数個の他の平面コイルをさらに備え、
前記第1平面コイル、前記他の平面コイル、及び前記第2平面コイルは直列に接続され、
前記他の平面コイルにおける前記第1平面コイルに接続される平面コイル及び当該平面コイルと異なる平面コイルのうちの少なくとも前記異なる平面コイルの厚さは、0.15mm以上0.35mm以下である、請求項1に記載のコイル部品。 - 前記他の平面コイルのうちの前記第1平面コイルに接続される平面コイルの厚さも、0.15mm以上0.35mm以下である、請求項15に記載のコイル部品。
- 請求項1に記載のコイル部品を備える、送電装置。
- 79KHz以上90KHz以下の交流電流を前記コイル部品に供給する高周波電流供給部をさらに備える、請求項17に記載の送電装置。
- 請求項1に記載のコイル部品を備える、受電装置。
- 前記コイル部品で電磁誘導により生じる79KHz以上90KHz以下の交流電流を直流電流に変換する変換部をさらに備える、請求項19に記載の受電装置。
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